IPrograma de Pós-Graduação em Ciências do Exercício e do Esporte - Universidade Gama Filho
IIClínica de Medicina do Exercício (Clinimex), Rio de Janeiro, RJ
IIIInstituto de Cardiologia de Santa Catarina
IVClínica Cardiosport
VUniversidade do Sul de Santa Catarina (Unisul), Florianópolis, SC
VIDepartamento de Medicina Interna da Faculdade de Medicina - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS
VIIVitta Exercício & Clínica de Saúde, Porto Alegre, RS - Brasil
O ser humano depende do oxigênio (O2) atmosférico para sua sobrevivência. Para a realização de um trabalho físico há a necessidade de aumentar a entrada de ar para os pulmões, incrementar a circulação sanguínea e ativar vias metabólicas específicas nos músculos esqueléticos, resultando em uma maior captação e utilização do O2. Respostas integradas dos sistemas respiratório, cardiovascular e muscular em exercícios que envolvam grandes grupos musculares aumentam até um limite que define o consumo máximo de oxigênio (VO2máx) ou condição aeróbica do indivíduo. Considerando que o corpo humano é uma máquina capaz de transformar energia química em trabalho mecânico, ao VO2máx corresponde um desempenho físico, que é definido como Capacidade Funcional Máxima (CFM) e pode ser estimado com bastante acurácia. Excetuando os casos extremos de maior ou menor eficiência mecânica, como atletas muito técnicos no gesto motor ou deficientes físicos com grande redução de funcionalidade, para praticamente todos os demais indivíduos, há, em geral, uma associação significativa entre VO2máx e CFM1. Esse ponto de vista aborda, sucintamente, os principais aspectos históricos e metodológicos e os significados fisiológico, epidemiológico e clínico do VO2máx, além de apontar o seu papel relevante como marcador de saúde e de desempenho físico.
Quando em situações de exercício, mecanismos fisiológicos podem aumentar a ventilação alveolar de 10 a 30 vezes; a frequência cardíaca de 3 a 4 vezes; o débito cardíaco em 5 a 6 vezes; e a extração periférica arteriovenosa de O2 em algumas vezes. Dessa forma, o VO2 aumenta na proporção direta da intensidade do esforço. Enquanto o VO2máx tende a ser maior em homens e a diminuir com o envelhecimento, é na medida do VO2máx que os seres humanos acabam por se diferenciar. Em condições de repouso, um adulto tende a consumir pouco mais de 200 mL de O2 (aproximadamente 1 kcal) por minuto ou algo como 3,5 mL O2.kg-1.min-1. Para simplificar, convencionou-se denominar essa magnitude de gasto energético em repouso como 1 equivalente metabólico (MET). Enquanto alguns cardiopatas, pneumopatas e indivíduos muito idosos podem ser limitados a apenas 3 ou 4 METs ou VO2máx entre 10 e 14 mL O2.kg-1.min-1, homens de meia-idade ativos costumam ter um VO2máx variando entre 25 e 35 mL O2.kg-1. min-1, adolescentes e adultos jovens entre 35 e 55, e atletas de elite em modalidades predominantemente aeróbicas podem até ultrapassar 70 mL O2.kg-1.min-12. Muito embora em um esforço abrupto e de altíssima intensidade um indivíduo jovem e saudável possa alcançar o VO2máx em pouco mais de um minuto, como de fato ocorre em diversas provas desportivas, na prática clínica são utilizados protocolos de teste de exercício com pequenos incrementos ou em rampa lenta, objetivando alcançar um VO2máx ao redor de dez minutos de duração e favorecendo a interpretação das diversas variáveis cardiorrespiratórias e eletrocardiográficas.
Historicamente, sabe-se que os primeiros estudos com medidas de VO2máx foram publicados há mais de uma centena de anos, inclusive contribuindo para que o fisiologista Archibald V. Hill, um dos indivíduos testados e autor desses estudos, viesse a ser laureado com o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 19222. No Brasil, essa medida começou a ser feita primariamente em laboratórios de fisiologia do exercício no início dos anos 1970. Em um passado não tão distante, a avaliação do VO2máx era restrita a alguns centros especializados. No entanto, na atualidade, cresce muito rapidamente o número de locais capazes de efetivamente medir o VO2máx durante um teste cardiopulmonar de exercício máximo (TCPE). Por exemplo, combinando os autores desse ponto de vista, já são mais de 20 mil procedimentos nos últimos 40 anos.
O VO2máx pode ser medido de forma direta através da análise dos gases expirados durante um TCPE ou estimado através de equações baseadas em distância percorridas em um certo tempo - por exemplo, o teste de Cooper - ou na duração de um teste de exercício com determinado protocolo (Bruce ou Ellestad, por exemplo). Mesmo que em algumas circunstâncias a aplicação dessas equações de predição possa resultar em boa associação com os valores obtidos nas medidas diretas, o erro para um dado indivíduo pode ser bastante alto, girando em torno de 15% a 20% e, em raros casos, alcançar ou exceder 30%, uma margem que não é encontrada em outras medidas da área biológica. Desse modo, sempre que possível e consoante com uma tendência atual, é preferível realizar um TCPE verdadeiramente máximo3 e obter medidas diretas e mais precisas do VO2máx.
Em situações nas quais se observa uma limitação no VO2máx ou quando são alcançados valores muito abaixo dos previstos para a idade e sexo, um significado diagnóstico pode advir, especialmente, quando tais resultados passam a ser comparados com testes prévios que apresentaram resultado dentro da normalidade. No entanto, a maior relevância da determinação do VO2máx e da CFM está na sua utilização prognóstica. Estudos clássicos com grandes amostras de indivíduos de meia-idade e idosos de diferentes partes do mundo têm repetidamente encontrado que o risco de mortalidade por todas as causas em seguimentos entre 5 e 20 anos pode variar de uma a cinco vezes para os indivíduos dispostos nos quartis ou quintis mais extremos de VO2máx ou CFM4-6. Para homens adultos de meia-idade, o incremento de 3,5 mL O2.kg-1.min-1 corresponde a um ganho de 12% na expectativa de vida6. Colocando essa informação na devida perspectiva clínica de estratificação de risco individual, pode-se comparar a taxa de mortalidade anual de homens de meia-idade em diferentes condições clínicas e de VO2máx (
É interessante notar que um VO2máx elevado ameniza o impacto negativo da presença de outros conhecidos fatores de risco coronariano8. Em paralelo, outras pesquisas com quantificação do padrão de atividade física regular, uma variável também claramente associada ao VO2máx e a CFM, têm encontrado resultados similares e corroborando a impressão clínica9. Nesse sentido, destaca-se um estudo recente envolvendo diversas coortes populacionais compreendendo um total de 650 mil indivíduos com idade entre 21 e 90 anos de idade, que encontrou uma relação fortemente positiva entre realizar atividade física regular e expectativa de vida10.
Posto que o VO2máx é um valioso indicador de saúde e de desempenho físico, vale a pena considerar o papel do exercício aeróbico regular nas diferentes etapas da vida sobre essa variável. Dados recentes indicam que jogadores mais velhos (27 a 36 anos de idade) da elite do futebol profissional mantêm valores de VO2máx similares aos mais jovens (17 a 22 anos de idade), sugerindo que é possível permanecer com níveis bastante altos quando de treinamento apropriado11. Na realidade, esses dados apenas corroboram a observação empírica de que a maior parte dos resultados de excelência em maratonistas, triatletas e ciclistas de estrada de elite ocorre quando eles se encontram na 4ª ou 5ª década de vida. Nesse sentido, é oportuno constatar que evidências recentes sinalizam para uma redução da taxa de mortalidade quando o envelhecimento é acompanhado por um estilo de vida mais ativo e uma queda proporcionalmente menor do VO2máx com a idade12. Pode-se supor que, com a crescente participação de indivíduos de meia-idade e idosos em eventos desportivos de massa (por exemplo, meias-maratonas e maratonas), em um futuro próximo, dados científicos irão identificar ainda mais precisamente os efeitos da desaceleração da redução do VO2máx com a idade sobre a expectativa e a qualidade de vida relacionada à saúde.
Em síntese, ter um VO2máx ou condição aeróbica reduzida, tanto em termos absolutos quanto relativo a idade e sexo, não somente diminui a CFM e prejudica o desempenho físico, como também, o que é mais importante, provoca um enorme impacto negativo sobre a taxa de mortalidade nos anos seguintes. Provavelmente nenhuma outra variável biológica possui tanta relevância para a saúde quanto o VO2máx. Dessa forma, é chegada a hora do cardiologista clínico colocar a mensuração do VO2máx do seu paciente no topo das suas prioridades e decisões, sendo o TCPE o melhor instrumento propedêutico para sua essa medida.
Concepção e desenho da pesquisa, Obtenção de dados, Análise e interpretação dos dados, Redação do manuscrito e Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual: Araújo CGS, Herdy AH, Stein R; Obtenção de financiamento: Araújo CGS.
Dr. Claudio Gil Soares de Araújo - Potencial conflito: Auxílios de fabricantes e honorários para palestras - Inbrasport e Micromed.
Dr. Ricardo Stein - Potencial conflito: Auxílio de fabricante e honorários para palestra - Inbrasport.
Dr. Claudio Gil Soares de Araújo recebe apoio financeiro do CNPq e da FAPERJ.
Dr. Ricardo Stein recebe apoio financeiro do CNPq e da FAPERGS.
Não há vinculação deste estudo com dissertações ou teses de programas de pós-graduação.
Dr. Claudio Gil S. Araújo CLINIMEX - Clínica de Medicina do Exercício Rua Siqueira Campos, 93/101 22031-070 - Rio de Janeiro, RJ - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 29/11/12; revisado em 09/01/13; aceito em 10/01/13.
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Human beings depend on atmospheric oxygen (O2) for survival. To perform physical work, it is necessary to increase the volume of air into the lungs, increase blood flow and activate specific metabolic in the skeletal muscles, resulting in an increased O2 uptake and utilization. Integrated responses of the respiratory, cardiovascular and muscular systems in exercises involving large muscle groups increase up to a limit that defines the maximum oxygen consumption (VO2max) or aerobic fitness of the individual.
Considering that the human body is a machine capable of transforming chemical energy into mechanical work, VO2max corresponds to physical performance, which is defined as Maximum Functional Capacity (MFC) and can be estimated with good accuracy. With the exception of extreme cases of greater or lower mechanical efficiency, such as athletes that are extremely technical regarding motor gestures or disabled individuals with greatly reduced functional capacity, there is usually a significant association between VO2max and MFC for virtually all other individuals1. This point of view briefly discusses the major historical and methodological aspects and the physiological, clinical and epidemiological significance of VO2max, as well as demonstrating its role as a marker of health status and physical performance.
During exercise situations, the physiological mechanisms can increase alveolar ventilation 10 to 30 times; heart rate 3 to 4 times; cardiac output 5 to 6 times, and the arteriovenous peripheral extraction of O2 at some times. Thus, VO2 increases in direct proportion to the intensity of the effort. While VO2max tends to be higher in men and decrease with age, VO2max measurements eventually differ in humans. In resting conditions, an adult tends to consume slightly more than 200 mL of O2 (approximately 1 kcal) per minute or something like 3.5 mL O2.kg-1. min-1. In order to simplify it, it was decided that this resting energy expenditure would be called 1 metabolic equivalent (MET).
While some individuals with heart disease, lung disease and the elderly may be limited to only 3 or 4 METs or VO2max between 10 and 14 mL O2.kg-1.min-1, active middle-aged men tend to have a VO2max ranging between 25 and 35 mL O2. kg-1.min-1, adolescents and young adults between 35 and 55, and elite athletes in predominantly aerobic modalities may even exceed 70 mL O2.kg-1.min-12. Despite the fact that a young and healthy individual can reach VO2max in just over a minute during a sudden and very high-intensity effort, as it indeed occurs in several sports competitions, in the clinical practice exercise testing protocols are used with small increments or on a slow ramp, aiming to achieve a VO2max after approximately ten minutes and favoring the interpretation of different cardiorespiratory and ECG variables.
Historically, it is known that the early studies of VO2max measurements were published more than a hundred years ago, which in fact contributed for physiologist Archibald V. Hill, one of the tested subjects and the author of these studies, to be awarded the Nobel Prize in Physiology and Medicine in 19222. In Brazil, this measurement started to be performed primarily in exercise physiology labs in the early 70's. In a not so distant past, the assessment of VO2max was restricted to a few specialized centers. However, currently the number of sites able to effectively measure VO2max during a cardiopulmonary exercise test (CPET) has increased very rapidly. For instance, when considering all authors of this point of view, more than 20,000 procedures have been performed in the last 40 years.
VO2max may be directly measured by analysis of expired gases during a CPET or estimated using equations based on distance traveled during a time period - for example, Cooper's test - or duration of an exercise test with a specific protocol (Bruce or Ellestad, for instance). Even if under some circumstances the use of these prediction equations may result in good association with the values obtained from direct measurements, the error for a given individual can be quite high, of around 15% to 20% and, in rare cases, up to or more than 30%, a margin of error that is not found in other measurements in the biological area. Thus, whenever possible and consistent with the current trend, it is preferable to perform a truly maximum CPET3 and obtain more accurate and direct measures of VO2max.
In situations where a limitation in VO2max is observed or when very low values are attained, much lower than those predicted for age and sex, a diagnostic meaning may ensue, especially when such results are to be compared with previous tests that showed normal results. However, the greatest relevance of determining the VO2max and MFC is in its prognostic use. Classic studies with large samples of middle-aged and elderly individuals from different parts of the world have repeatedly found that the risk of mortality from all causes in follow-ups between 5 and 20 years can vary from one to five times for individuals located in the most extreme quartiles or quintiles of VO2max or MFC4-6. For adult, middle-aged men, an increment of 3.5 mL O2.kg-1. min-1 corresponds to a 12% gain in life expectancy6. Putting this information into the clinical perspective of individual risk stratification, one can compare the annual mortality rate of middle-aged men in different clinical conditions and VO2max (
It is interesting to note that a high VO2max attenuates the negative impact of the presence of other known coronary risk factors8. In parallel, other studies with quantification of regular physical activity pattern, a variable also clearly associated with VO2max and MFC, showed similar results, corroborating the clinical impression9. In this sense, there has been a recent study involving several population cohorts comprising a total of 650,000 individuals, aged 21 to 90 years old, which found a strong positive association between regular physical activity and life expectancy10.
Considering that VO2max is a valuable indicator of health and physical performance, it is worth considering the effect of regular aerobic exercise at different stages of life upon this variable. Recent data indicate that VO2max values of older elite professional soccer players (27-36 years old) remain similar to those of younger ones (17-22 years old), suggesting that it is possible to maintain very high levels of VO2max when one has appropriate training11.
In fact, these data only confirm the empirical observation that most of the excellent results observed in marathoners, triathletes and elite road cyclists occur when they are in their 4th or 5th decade of life. In this sense, it is noteworthy that recent evidence point to a reduction in mortality when aging is accompanied by a more active lifestyle and a proportionally smaller decrease in VO2max with age12. One can assume that with the increasing participation of middle-aged and elderly individuals in mass sporting events (e.g., half-marathons and marathons), in the near future, scientific data will identify with greater precision the effects of declining reduction of VO2max with age on survival and health-related quality of life.
In short, having a reduced VO2max, or aerobic fitness, both in absolute terms and relative to age and sex, not only decreases the MFC and impairs physical performance, but also, what is more important, has an enormous negative impact on the mortality rate in subsequent years. Probably, no other biological variable has as much relevance to health as VO2max. Thus, it is about time for clinical cardiologists to have VO2max measurement of their patients at the top of their priorities and decisions, with CPET being the best propaedeutic tool for its measurement.
Conception and design of the research, Acquisition of data, Analysis and interpretation of the data, Writing of the manuscript and Critical revision of the manuscript for intellectual content: Araújo CGS, Herdy AH, Stein R; Obtaining funding: Araújo CGS.
Dr. Claudio Gil Soares de Araújo - Potential Conflict: Financial aid from manufacturers and lecture honoraria - Inbrasport e Micromed.
Dr. Ricardo Stein - Potential Conflict: Financial aid from manufacturer and lecture honoraria - Inbrasport.
Dr. Claudio Gil Soares de Araújo is recipient of CNPq and FAPERJ research grants.
Dr. Ricardo Stein is recipient of CNPq and FAPERGS research grants.
This study is not part of a dissertation or thesis